FUNCIONALIDADE DE PEÇAS INJECTADAS

O modo como uma peça em plástico desempenha a função para a qual foi idealizada é consequência directa de todo um processo relativamente extenso, se não em tempo, pelo menos no número das distintas fases que o compõem. A responsabilidade de cada uma destas fases no resultado final obtido é difícil de quantificar em termos relativos já que qualquer um deles pode determinar o fracasso absoluto ou, pelo menos, um sucesso bastante discutível no comportamento da peça em serviço.De um modo geral, podemos sistematizar todo este processo dividindo-o em quatro fases principais:

  Projecto da peça
  Projecto do molde
  Construção do molde
  Moldação

É com base nesta sistematização que se irá sucintamente desenvolver o presente trabalho o qual não pretende apresentar soluções pontuais mas antes proporcionar uma visão alargada do problema e realçar alguns dos seus htmectos mais importantes.

1. PROJECTO DA PEÇA

É nesta fase onde realmente se assiste ao “nascimento” da peça pela definição de todas as características a que esta deverá obedecer no sentido de responder correctamente aos requisitos exigidos pela sua aplicação. O seu comportamento correcto em serviço pressupõe um desempenho exacto; i.e., sem defeitos nem excessos, da função para a qual foi idealizada. Se uma incorporação de características por defeito conduz inevitavelmente ao fracasso imediato ou prematuro da peça, uma incorporação por excesso é obviamente antieconómica e pode comprometer a sua competitividade face a alternativas que eventualmente venham a surgir.

A fase aqui designada por “PROJECTO DE PEÇA” deve obedecer a uma evolução lógica a qual define naturalmente uma sequência normal para as operações a executar.

1.1. Definição das pretensões do cliente

Para a solução correcta de qualquer problema é necessário, acima de tudo, analisar exaustivamente a situação e identificar com rigor os objectivos que se pretendem atingir.

Assim, e porque o objectivo final de um projecto é a satisfação eficaz, rápida e económica de uma determinada carência, é fundamental definir à priori todos os parâmetros do problema através da análise detalhada das pretensões do cliente ou utilizador e da apreciação das soluções que eventualmente tenham já sido por ele encaradas.

1.2. Determinação das condições de serviço

Solicitações mecânicas a que a peça irá estar sujeita, duração e periodicidade dessas solicitações, temperatura em serviço, exposição a radiações, contacto com produtos químicos, limitações à toxidade ou à flamabilidade, etc., são dados indispensáveis para o projecto. É claramente impossível projectar uma peça com a certeza de se ser bem sucedido sem o conhecimento detalhado das condições a que a mesma irá ser submetida em serviço.

Convém aqui fazer ressaltar a importância dos parâmetros que influenciam o comportamento dos Plásticos a longo prazo (tempo de aplicação dos esforços mecânicos, variação cíclica desses esforços, temperatura de serviço, radiação UV, etc.), já que os seus efeitos são mais difíceis de detectar nos ensaios de curta duração que normalmente se efectuam sobre as primeiras peças a serem moldadas.

As repercussões de uma falha da peça no desempenho da sua função são geralmente mais nocivas quando esta se manifesta a longo prazo pois nessa altura já a produção se encontra adiantada ou mesmo terminada, já foram executadas as fases de acabamento e/ou montagem, e pode ainda ser comprometida a funcionalidade de todo o conjunto em que eventualmente tenha sido integrada.

1.3. Definição da matéria-prima a utilizar

A afirmação de que existe sempre um plástico para qualquer aplicação é obviamente um exagero, pelo menos por agora. Contudo, o exagero não é assim tão grande como à primeira vista pode parecer. A extraordinária diversidade de polímeros, copolímeros, misturas, cargas e aditivos que já existe, e não pára de crescer, oferece uma extensa gama de alternativas e permite responder a situações até aqui bastante complexas ou mesmo impossíveis.

Uma vez que o comportamento de um plástico em serviço é fortemente dependente do factor tempo o seu tratamento teórico torna-se extremamente complexo e, por isso, sem grande utilidade sob o ponto de vista prático. Recorre-se, assim, à informação obtida através de ensaios sobre provetes normalizados cujos resultados são muitas vezes apresentados sob a forma de gráfico. Pela quase inexistência de fontes independentes utiliza-se normalmente a informação facultada pelos fabricantes das diferentes matérias-primas.

1.4. Desenho preliminar da peça

Para além da necessária imaginação e criatividade esta fase requer do projectista uma boa dose de conhecimentos sobre as características do material a moldar.

Na execução de qualquer esboço alternativo é fundamental que a geometria da peça tenha em atenção não só a sua funcionalidade mas também o modo como a mesma deverá ser moldada. Simples acidentes na forma da peça exigem por vezes soluções complexas e caras na construção do molde.

Ao abordar um novo problema convém recordar que mesmo as alternativas aparentemente absurdas merecem ser devidamente exploradas pois são elas que, regra geral, conduzem às soluções mais originais.

1.5. Execução do protótipo

Pelo custo que normalmente está associado a esta fase convém que o desenho preliminar seja previamente criticado pelo cliente.

O rigor na execução do protótipo depende fundamentalmente do que dele se pretende e da exigência da peça que ele irá reproduzir. Os protótipos podem ser construídos para avaliar esteticamente o produto, verificar a funcionalidade do projecto, ou para testar o seu comportamento em serviço através de ensaios diversos. Neste último caso deve ser dada a devida atenção aos materiais utilizados na sua construção.

Um protótipo minimiza a necessidade de posteriores alterações no molde o que, regra geral, conduz a soluções bastante complicadas, dispendiosas e improvisadas na base dos condicionalismos já existentes.

1.6. Desenho final da peça

O desenho final deve incluir todas as vistas e cortes indispensáveis à correcta representação da peça a que se refere, bem como a indicação clara e precisa da informação necessária à sua perfeita identificação (concordâncias, saídas, cotas, etc.).

Pelas características dos materiais transformados, e pelas limitações inerentes a qualquer processo de fabricação, torna-se impensável tentar definir realisticamente as dimensões de uma peça em termos de cotas absolutas. Infelizmente esta realidade reflecte-se de modo notável nas peças moldadas de plástico pelo que é óbvia a necessidade de admitir amplitudes admissíveis na inevitável variação das suas dimensões. Assim, as cotas devem ser sempre devidamente toleranciadas sem contudo ser esquecido que tolerâncias desnecessariamente apertadas traduzem custos adicionais a evitar. Para determinação dos limites razoáveis a aplicar às tolerâncias em função de diversos parâmetros, e para uma fácil representação das mesmas, sugere-se a utilização das Normas DIN 16 901.

1.7. Definição das normas de controle de qualidade.

Uma rigorosa definição das normas de controle de qualidade permite o entendimento com o cliente em três pontos fundamentais:

  1. Na aprovação do projecto. Esta fase será tanto mais linear quanto mais explicitamente forem definidas as características a que a peça deve de obedecer para um correcto desempenho da sua função.
  2. No controle da produção, o qual tem como principal objectivo garantir que o produto entregue seja compatível com os níveis de qualidade estipulados.
  3. Em reclamações posteriores. Este ponto tem especial acuidade nos casos em que as condições de serviço da peça não podem ser determinadas tão rigorosamente como seria desejável, ou quando se utilizam materiais cujo comportamento a longo prazo ainda não se encontra devidamente estudado. Nestas situações deve ser atribuída uma expectativa de vida para a peça e definido um limite mínimo mensurável para uma ou mais propriedades que condicionem a sua funcionalidade.

Para a determinação dos valores das amostras em função da dimensão dos lotes a controlar sugere-se utilização da norma MIL-STD-105D.O grau e o nível a que a inspecção deve obedecer são definidos de acordo com as características do produto.

2. PROJECTO DE MOLDE

A par de estudos pormenorizados sobre diversos htmectos fundamentais no funcionamento de um molde, como para o cálculo dos sistemas de refrigeração, cálculo da potência de aquecimento para carburadores em moldes de canais aquecidos, ou determinação das secções dos canais de injecção através das respectivas perdas de carga, existe também um conjunto de regras mais ou menos empíricas, mas nem por isso menos válidas, que facilitam a tarefa do projectista que sobre elas se procure esclarecer.

É importante a formação e o esforço constante de actualizarão dos quadros intervenientes nesta fase pois os maus projectos tornam-se extremamente caros pelos resultados que deles se obtêm em termos de alterações no molde, cumprimento de prazos, qualidade do produto e produtividade do processo de transformação.
Pela oportunidade e pelas suas características especiais os moldes de injecção são particularmente contemplados neste trabalho.

2.1. Definição do número de cavidades

Em peças moldadas por injecção a definição do número de cavidades do molde é essencialmente um problema económico. Se a um maior número de cavidades corresponde, um menor tempo de moldação, temos, por outro lado, um aumento do custo do molde e hora/máquina, assim como um maior impacto dos tempos de arranque da produção. O número correcto de cavidades é, regra geral, determinado pela dimensão da série.

Sob o ponto de vista técnico as limitações referem-se sobretudo às dimensões finais do molde as quais podem conduzir a uma relação pouco comum entre as capacidades de fecho e de injecção verificadas em equipamentos convencionais. Capacidades excessivas da injecção são desaconselhadas no processamento de plásticos facilmente degradáveis.

2.2. Determinação do equipamento a utilizar.

Regra geral, quanto menor for a capacidade do equipamento mais baixo é o seu custo e menor será o seu consumo de energia. É também normal as máquinas mais pequenas serem mais rápidas. Contudo, as limitações podem advir tanto do grupo de injecção como do grupo de fecho.

No primeiro caso o principal obstáculo reside na capacidade de injecção mas também a pressão máxima e a velocidade de injecção podem ser características a considerar na moldação de certas peças.

No segundo caso, e para além dos limites físicos que as dimensões mínimas necessárias ao molde impõem à sua fixação e utilização, existe também o problema da força indispensável à manutenção do fecho do molde durante as fases de injecção. Esta força não depende essencialmente da função da área projectada e geometria das cavidades e canais de alimentação definidos entre placas móveis, mas também das características do material a moldar e dos parâmetros de moldação.

A segurança ao molde é outra particularidade do grupo de fecho digna da maior atenção e a sua sensibilidade é por vezes de extrema importância quando da utilização de certos moldes.

Moldação de peças com elevado rigor dimensional exige invariabilidade das condições de moldação a qual é possível de obter com a utilização de sistemas de controle apropriados, cada vez mais acessíveis pelo fantástico progresso que se tem vindo a registar no domínio da electrónica.

2.3. Desenho (projecto) do molde.

A geometria da peça e as exigências da função que esta irá desempenhar determinam à partida muitas das características do molde definindo possíveis pontos de injecção, linhas de junta, localização de extractores, etc. Restam contudo inúmeras opções da exclusiva responsabilidade do projectista. A sua principal preocupação deverá ser dirigida para a qualidade da peça e para o modo de economicamente rodear todos os obstáculos que se lhe vão deparando no prosseguimento desse objectivo. Para isso, o projectista deve entender perfeitamente o significado atribuído à qualidade da peça e o modo como esta pode ser afectada.
Arrefecimentos bruscos ou desequilibrados, linhas de união de material, restrições ao fluxo e orientação molecular são alguns factores possíveis de condicionar a qualidade da peça moldada.

É também nesta fase onde são definidos os materiais a utilizar na construção do molde. Por razões de qualidade, economia, facilidade de utilização e substituição, recomenda-se a maior integração possível de componentes normalizados.

Tanto os desenhos de conjunto como os desenhos dos componentes devem ser verificados com o maior cuidado pois os erros que neles existam têm fortes possibilidades de só virem a ser detectados na fase final de montagem do molde.

Pela sua natural experiência neste domínio o fabricante da matéria-prima a utilizar pode colaborar de uma forma valiosa no projecto do molde através da literatura que por vezes distribui, a qual deve ser consultada na fase inicial do trabalho, e também por uma eventual crítica à concepção e aos pormenores do projecto.

3. CONSTRUÇÃO DO MOLDE

A qualidade de uma peça de plástico moldado é consequência directa do molde que lhe dá a forma através das dimensões e acabamento superficial das zonas moldantes e do rigor nos ajustamentos entre os seus componentes.

Sem esquecer a importância do projecto, o cuidado dispensado à construção do molde condiciona não só o seu comportamento imediato mas também o modo como ele irá manter as suas características quando submetido por largos períodos às violentas condições de serviço que lhe são impostas durante o processo de transformação.

3.1. Aquisição dos materiais

Todos os materiais e componentes normalizados a utilizar na construção de um molde devem ser exaustivamente definidos na altura do projecto. A correcta atribuição das durezas aos diversos componentes desempenha um papel fundamental no comportamento do molde a longo prazo.

Limitações que actualmente existem no mercado local condicionam por vezes a escolha dos materiais a utilizar. Estão neste caso os moldes de insuflação construídos em aço quando o duralumínio seria o material mais indicado pela sua maior condutividade térmica e facilidade de maquinação.

3.2. Maquinação, controle e montagem

Qualquer componente do molde deve ser maquinado com base no respectivo desenho e a responsabilidade pelo rigor com que as diversas fases do trabalho são executadas deve ser claramente atribuída aos operários nelas directamente envolvidos.

Cada fase de maquinação deve ser precedida de um controle destinado a detectar possíveis erros ou desvios. Quanto mais rapidamente estes forem assinalados mais fácil será a sua correcção ou menos dispendiosa será a possível rejeição da peça.

Uma maquinação rigorosa dos diversos componentes permite que a montagem final do molde se processe correctamente sem recorrer a soluções improvisadas que comprometem inevitavelmente a qualidade do conjunto.

3.3. Ensaio do molde

Para além de verificar o seu comportamento mecânico o ensaio do molde tem como objectivo confirmar a sua capacidade de produzir peças com as características pretendidas.

Durante o ensaio é fundamental que as condições estabilizadas de moldação sejam alcançados pois só desta forma será possível avaliar correctamente o comportamento do molde em serviço e, mais importante ainda, obter peças que representem realisticamente o produto moldado em condições normais de produção.

Para a definição dos parâmetros de moldação deve ser previamente consultada a informação que sobre o assunto é distribuída pelos fabricantes da matéria-prima utilizada.

3.4. Análise e ensaio das amostras

Os tipos de verificação a que as amostras devem ser submetidas são obviamente função da aplicação que é reservada ao produto e devem estar claramente definidos nas normas de controle de qualidade estabelecidos na fase de projecto da peça.

Verificação visual do htmecto, controle dimensional, análise das características mecânicas a curto e longo prazo, determinação das propriedades eléctricas, térmicas e de flamabilidade, avaliação das tensões internas residuais e sua localização, são alguns exemplos dos tipos de controle possíveis de impor a uma peça em plástico para que a mesma justifique a sua capacidade para o desempenho da função que lhe é destinada.

4. MOLDAÇÃO

Após a entrega definitiva do molde à produção é vulgar o seu construtor perder o contacto com os problemas que eventualmente venham a surgir no seu funcionamento. Este facto tem reflexos obviamente negativos na evolução dos conhecimentos e métodos aplicados no fabrico dos moldes pois a avaliação do comportamento do molde em serviço permite verificar a eficácia das soluções nele utilizadas.

Por outro lado, as críticas provenientes do pessoal directamente responsável pela moldação são geralmente de grande utilidade não só pela sua eventual experiência mas sobretudo pela perspectiva com que o molde é por ele encarado. Na produção o resultado final é condicionado por um conjunto bastante complexo de variáveis onde o comportamento do molde, apesar de determinante, não pode ser analisado de uma forma isolada.

4.1. Preparação do equipamento e dispositivos acessórios

É pouco vulgar hoje em dia um processo de moldação ser definido apenas pelos seus factores básicos – matéria-prima, molde e máquina. Na maioria das vezes os chamados equipamentos periféricos ou dispositivos acessórios desempenham um papel decisivo nos resultados do processo – de transformação tanto em termos de produtividade como de qualidade do produto moldado.

Os dispositivos acessórios podem intervir antes, durante ou após a moldação propriamente dita.

Antes da moldação estes visam sobretudo a matéria-prima na sua coloração, secagem e transporte para a tremonha.

Durante a moldação os equipamentos periféricos actuam essencialmente sobre o molde no controle das temperaturas do fluido de refrigeração, controle das temperaturas do sistema de alimentação em moldes de canais aquecidos, movimentação de machos, válvulas ou sistemas de extracção, etc.

Após a moldação podem ser utilizados dispositivos acessórios para a limpeza e preparação do molde, para verificar se a extracção se processou correctamente, proteger as peças na extracção e queda, promover o seu transporte, escolha, controle e eventualmente proceder a montagens e/ou acabamento.

O modo de actuação destes dispositivos é muitas vezes condicionado pelas diversas fases da moldação pelo que se torna necessário seleccionar correctamente os sinais que controlam o seu funcionamento.

A utilização de certos tipos de molde pode determinar a introdução de alterações no equipamento principal. Felizmente esta situação é pouco habitual já que as máquinas modernas são, regra geral, bastante versáteis e também porque a maioria dos moldes são construídos tendo em atenção os condicionalismos impostos pelo equipamento a que são destinados.

4.2. Determinação dos parâmetros correctos para a produção estabilizada.

Os parâmetros de moldação são determinados na fase de ensaio do molde em condições que devem reproduzir o mais fielmente possível o seu comportamento em produção estabilizada.

Contudo, se o molde inicia a produção numa máquina diferente da utilizada para o ensaio os parâmetros terão de ser revistos e adaptados ao novo equipamento. Também a evolução da fase de “rodagem” do molde e a integração ou substituição de determinado equipamento periférico podem introduzir alterações nas condições de moldação anteriormente estabelecidos.

4.3. Verificação e aprovação do controle de qualidade

Após a fase inicial de arranque e estabilização do processo de transformação a intervenção do controle de qualidade permite verificar a conformidade das peças com as especificações estabelecidas e, deste modo, comprovar a validade da produção. Esta verificação deve ser repetida no decorrer da produção com a periodicidade e pormenor determinados pela exigência do produto.

Caso surjam motivos para a rejeição de um lote é de toda a conveniência que a situação seja detectada e corrigida o mais rapidamente possível não deixando o seu efeito alastrar às eventuais fases de montagem ou, em casos extremos, atingir o próprio cliente.

4.4. Produção

Esta fase culmina todo o processo e é sobre ela que se reflecte a eficiência das etapas atrás referidas.

Quanto mais correcto for o projecto da peça, quanto mais adequado for o desenho do molde e mais rigorosa for a sua construção tanto mais fácil é para a produção moldar peças de acordo com as pretensões do cliente.
À produção compete, acima de tudo, manter as condições que determinam a moldação correcta das peças minimizando todos os factores que possam introduzir flutuações nos parâmetros do sistema. Estas flutuações alteram as características do produto comprometendo inevitavelmente o modo como este irá desempenhar a sua função.

Sistemas de controle sofisticados permitem uma correcção automática dos parâmetros da máquina por forma a compensar variações nas condições de processamento. Temperaturas constantes no fluido de refrigeração, uniformidade nas características da matéria-prima e regularidade nos tempos das diversas fases do cicio são algumas das condições essenciais à estabilidade do processo de moldação.

Com este trabalho pretendeu-se sistematizar todo o processo que conduz à obtenção de uma nova peça de plástico moldado proporcionando deste modo uma perspectiva bastante ampla dirigida em especial aos que nele apenas intervêm de forma restrita.

Tal como de início foi referido, não é possível responsabilizar diferenciadamente qualquer das fases do projecto pelo comportamento funcional da peça que dele resulta. A omissão de qualquer das suas etapas, como seja o protótipo, normas de controle de qualidade, desenho da peça ou do molde, etc., compromete extraordinariamente o seu resultado final.

Joaquim Godinho, 1983
1º Congresso da Indústria de Moldes – Cefamol